(57)【要約】【課題】ヘイルインパクト試験を簡便な装置、手順で行うことができ、安定した速度で、無駄を大幅に少なくする。【解決手段】気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、開閉弁と気体導入管を有し、気体導入管は発射筒に接続されており、気体導入管が発射筒の内径より細い事を特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、開閉弁と気体導入管を有し、気体導入管は発射筒に接続されており、気体導入管の氷球と接する部分の開口部が発射筒の内径より細いことを特徴とするヘイルインパクト試験装置。
【請求項２】
前記気体導入管が前記発射筒の底部から、発射口の方向へ突き出したことを特徴とする請求項１記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項３】
前記発射筒に氷球が溶けた水を排出するための孔を設けたことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項４】
前記発射筒において氷球をセットする部分に氷球固定具が具備していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項５】
前記発射筒の氷球の導入口は、発射口と兼ねることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項６】
前記発射筒は氷球の導入口を具備し、該導入口より気体導入管側の内径は、氷球よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項７】
前記発射筒は気体導入管と脱着可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項８】
気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験方法において、発射筒内部に、氷球を導入する第一の工程と、発射筒内部に設けられた気体導入管の出口に接触するように氷球をセットする第二の工程と、開閉弁を開にして気体の圧力を発射筒内部にかけ、発射筒から氷球を発射する第三の工程を有することを特徴とするヘイルインパクト試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雹を模擬した氷球を被試験物に衝突させる試験装置及び方法及び装置に関し、特に太陽電池セルの雹に対する性能を評価するための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池セルおよび太陽電池モジュール等の評価として、電気的性能、機械的性能、耐環境特性等の試験が行われている。その中でも、機械的性能を評価する試験として、ヘイルインパクト試験（Ｈａｉｌ  Ｔｅｓｔ）と呼ばれる、降雹を模擬した試験が、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｓｉｓｓｉｏｎ）の国際規格ＩＥＣ６１２１５（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）（非特許文献１）やＩＥＣ６１６４６（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ
ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）（非特許文献２）として規定されている。
【０００３】
これらの規格では、空気圧により発射筒から氷球を発射する手順や装置の簡単な構成等が記載されている。この構成は、図１４のように発射筒１４０１に取り付けられた電磁弁１４０２により、気体貯蔵槽１４０５に溜められた空気を放出する。空気圧は、圧力調整弁１４０４により調整する。
【０００４】
【非特許文献１】
ＩＥＣ６１２１５（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ
ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）
【非特許文献２】
ＩＥＣ６１６４６（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、上記のように開示された装置の構成により、規定どおりの速度に氷球を一定発射するのは、非常に困難であった。例えば、図１５は従来の発射筒の内部の一例である。従来の構成では、氷球と発射筒内部との間に隙間が生じ、氷球と発射筒の内部の隙間から空気が漏れて、氷球に直接気体の圧力が不安定で、速度が安定しなかった。これは、通常氷球は、発射筒に挿入しやすいように発射筒の内径より若干小さくするために、発射筒内部と氷球との間に隙間が生じるためである。また、発射する氷球は、鉄砲等で使用される弾丸のように一定ではなく、室温状態で溶けることにより、時々刻々変化し、さらに発射筒との隙間が大きくなる。このために、隙間から気体が漏れ、氷球にかかる圧力が一定にならないからである。このような理由で規定の速度が出なかった場合には、再度試験を行う必要があり、時間的にも、サンプル数においても、無駄が生じていた。
【０００６】
そこで、氷球を確実にセットし、このような氷球の特性を考慮した、正確な速度が得られる発射試験装置が求められていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、以下のような手段を見出した。すなわち、氷球を気体導入管と接触させ、気体導入管との間に隙間ができるだけ生じないようにして、氷球に一定の圧力をかければよい。このために次のような発射試験装置および加速試験方法が最良であることを見出した。
【０００８】
すなわち、気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、開閉弁と気体導入管を有し、気体導入管は発射筒に接続されており、気体導入管の氷球と接する部分の開口部が発射筒の内径より細いことを特徴としている。
【０００９】
また、気体導入管が前記発射筒の底部から、発射口の方向へ突き出すことが好ましい。
【００１０】
また、発射筒に氷球が溶けた水を排出するための孔を設けることが好ましい。
【００１１】
また、発射筒において氷球をセットする部分に氷球固定具が具備していることが好ましい。
【００１２】
また、前記発射筒の氷球の導入口は、発射口と兼ねることが好ましい。
【００１３】
また、前記発射筒は氷球の導入口を具備し、該導入口より気体導入管側の内径は、氷球よりも小さくすることが好ましい。
【００１４】
また、前記発射筒は気体導入管と脱着可能であることが好ましい。
【００１５】
さらに、気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験方法において、発射筒内部に、氷球を導入する第一の工程と、発射筒内部に設けられた気体導入管の出口に接触するように氷球をセットする第二の工程と、開閉弁を開にして気体の圧力を発射筒内部にかけ、発射筒から氷球を発射する第三の工程を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発射試験装置および発射試験方法の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［装置の構成］
図１は本発明に係る発射試験装置の一例を示す図である。図示されたように、この発射試験装置は、発射筒１０１、開閉弁１０２、気体導入管１０３、圧力調整弁１０４、気体貯蔵槽１０５、発射筒支持装置１０６、速度計測装置１０７から構成されており、この図に従って各構成要素について説明する。
【００１８】
（発射筒）
発射筒１０１は、氷球の進行方向を定める空洞の筒であり、氷球がセットされた状態で、気体の圧力が加わっても破壊しないもので、目標位置に発射でき、加圧された気体が極力漏れないものならば、何でもよい。材料としては、ガラス、金属、セラミック、プラスチック等が挙げられるが、氷球から水分が出るので、さびないものがよい。形状としては、通常円筒のものが用いられる。材料の入手のしやすさから、ステンレスやアルミ製のパイプが好適である。内部は、スムーズに発射することができるように、できるだけ摩擦の少ないものがよい。筒の片方は、開放状態にしておき、もう一方には、直接もしくは空気導入管を介して開閉弁が取り付けられる。
【００１９】
また、氷球が正しい位置にセットされたか確認するために、内部にセンサを設けてもよい。このセンサは、光やレーザーを検知するものや、マイクロスイッチ、水の導電性を検知するものなど、氷球を検知できるものならば何でもよい。このセンサは、外部に設け、氷球までの距離を測るようなもので代用してもよい。
また、氷からの水を排出する穴を設けると本発明の効果がより高い。
【００２０】
さらに、発射筒は、導入口より下方の少なくとも一部が、準備する氷球の径より若干細くなっていて、かつ氷球と気体導入管の出口が氷球と接することができれば、効果がさらに高くなる。
【００２１】
（開閉弁）
開閉弁１０２は、氷球と開閉弁の間の空間に圧力を瞬間的にかけるために、気体の流路を開閉するものであればよいが、電磁弁が好適である。電磁弁は、押しボタンスイッチ等による入力信号により、流路を瞬時に開放することができる。
【００２２】
（気体導入管）
気体導入管１０３は、氷球と開閉弁の間の空間に気体を導入する管である。気体が漏れたり、吸着したりしない材料がよく、通常、金属や樹脂製、ゴム製の管が用いられる。必要に応じて、フレキシブルな管を用いてもよい。気体導入管は、発射筒と一体形成してもよい。図８から図１２にその例を示す。なお、この場合は、氷球と開閉弁との間で気体が流れる部分が気体導入管であり、それ以外の部分が発射筒となる。さらに、氷球の径を変えて使用できるように、図９や図１３のように、発射筒や気体導入管はネジ等で、その他の共用部分と脱着可能にして交換できるようにしておいてもよい。
【００２３】
また、気体導入管が徐々に広がっていても、本発明では、気体導入管の内径の一部が、発射筒の内径よりも小さくしてあり、氷球が気体導入管に接する構造であることが必要であり、気体導入管は、氷球より小さい径を持つ必要がある。
【００２４】
（圧力調整弁）
圧力調整弁１０４は、氷球と開閉弁の間の空間に気体の圧力を調整する弁であり、レギュレータとも呼ばれている。供給されている気体の圧力を、ツマミをまわしたり、外部から信号を送ったりして、圧力を変化させ、所望の圧力に設定することができる。
【００２５】
（気体貯蔵槽）
気体貯蔵槽１０５は、氷球と開閉弁の間の空間に気体を安定して送るために設けられ、気体の漏れが無く、圧力により破損しないものならばよい。通常、金属製や樹脂製の容器が用いられる。
【００２６】
（発射筒支持装置）
発射筒支持装置１０６は、発射筒を支持されるために設けられる。発射筒を支持する方向は、どちらでもよいが、上向き支持しておくと、氷球を発射口に置くと、氷球の自重で発射筒の中に導入され、発射筒に氷球をセットしやすい。また、発射筒の角度は変えられるように回転部材を取り付けておき、氷球の導入時と発射時とで、角度が異なってもよい。材料としては、一般的な構造材料を使用でき、通常は、鉄製やアルミ製のフレームが用いられる。
【００２７】
（速度計測装置）
速度計測装置１０７は、発射した氷球の速度を計測するために用いられる。通常光センサ等により、あらかじめ定めた距離をもつ２点を通過する時間差を測定することにより、速度を算出する。
【００２８】
［実施例］
以下、上述の構成を有した装置およびサンプルを試験する具体的な実施形態を、限定的なものとしてではなく、例示として説明する。
【００２９】
（第１の実施例）
図２は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射口が導入口を兼ねている場合である。発射筒２０１として、内径２５．５ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２００ｍｍのステンレスのパイプを使用した。図３のように、この発射筒３０１の一方に発射筒より内径が小さい気体導入管３０２（ａ）を金属部材の溶接等で形成し、さらに先端に樹脂製の気体導入管３０２（ｂ）（２０３）を延長して取り付け、開閉弁２０２と接続した。開閉弁は、１００Ｖの電源のＯＮ／ＯＦＦで開閉する電磁バルブを使用した。開閉弁の発射筒を接続した方と反対側には、圧力メータを備えた圧力を調整できるレギュレータ２０４を接続し、このレギュレータの空気導入側には、０．６ＭＰａの圧縮空気を供給できるようにした。発射筒と開閉弁とレギュレータは、発射筒の開放した口が上に向くよう発射筒支持部材２０６に固定した。レギュレータの設定は０．１９ＭＰａである。
【００３０】
この構成において、市販の環境試験機等で−１０℃の環境でφ２５ｍｍの氷球を作製し、作製した氷球を一旦、−４℃の環境下で保管した後、発射口兼導入口から導入した。
【００３１】
発射口兼導入口から導入した氷球３０４は、落下し、気体導入管の上にセットされる。このあと、スイッチ２０７により電磁バルブを開き、氷球に空気圧をかけ、発射する。
【００３２】
表１は、本実施形態と従来の構成とで発射速度を比較の結果である。規格では、２３．０ｍ／ｓ±０．５％を要求されているが、本実施形態の方が、速度が安定し、本発明の効果が高いことが分かった。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
本発明では、氷球と気体導入管が接することで、氷球に安定して気体の圧力がかかることにより発射されるため、安定した速度で発射できる。
【００３５】
なお、発射筒の内径は、氷球の大きさに応じて複数の種類を用意しておき、気体の漏れないようなジョイント部材により脱着可能にしておくので、発射筒および気体導入管を交換するだけで、氷球の大きさを変えて試験することができる。
【００３６】
（第２の実施例）
図４は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、導入口が発射口とは別に設けられている場合である。発射筒４０１として、内径２５．５ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２００ｍｍのステンレスのパイプを使用した。図５のように、この発射筒５０１の一方にネジを切り、金属製の気体導入管５０２を取り付けた。発射筒には氷球を導入するための導入口５０４と発射する時に閉じるための蓋５０５を設けた金属製の気体導入管の先端に樹脂製の気体導入管４０３を延長して取り付け、開閉弁４０２と接続した。開閉弁は、１００Ｖの電源のＯＮ／ＯＦＦで開閉する電磁バルブを使用した。開閉弁の発射筒を接続した方と反対側には、金属製の気体貯蔵槽４０５を設け、これに圧力メータを備えた圧力を調整できるレギュレータ４０４を接続し、このレギュレータの空気導入側には、圧縮空気を供給できるようにした。発射筒と開閉弁、気体貯蔵槽、レギュレータは、発射筒は、発射筒支持部材４０６に固定した。また、発射筒の前に、光ファイバセンサ４０７を２ヵ所設け、センサ出力をオシロスコープにつないで、信号を計測し、その間通過する時間を測定し、速度を求めることができる構成とした。
【００３７】
この構成において、市販の環境試験機等で−１０℃の環境でφ２５ｍｍの氷球を作製し、作製した氷球を一旦、−４℃の環境下で保管した後、発射筒に入れた。
【００３８】
この後、電磁バルブを開き、氷球に空気圧をかけ、固定ホルダに固定したバッキングプレートが金属である太陽電池モジュールへ発射する。太陽電池モジュールのへこみは、発射筒の延長線上であり、ねらいどおりの位置に規格内の速度で、あてることができた。
【００３９】
なお、発射筒の内径は、氷球の大きさに応じて複数の種類を用意しておき、気体導入管の発射筒をネジにより脱着可能にしておくので、発射筒を交換するだけで、氷球の大きさを変えて試験することができる。
【００４０】
（第３の実施例）
図６は本発明の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射筒６０１、気体導入管６０３、開閉弁６０２、気体貯蔵槽６０５、レギュレータ６０４の構成は、第２の実施例とほぼ同様の構成とし、発射筒は上向きにした。また、図７のように、発射筒７０１内部には、氷球が解けた水を排出するための穴７０３があいており、多数の発射を行っても、水がたまらず、安定した試験を行うことができる。また、図７（ｂ）のように、空気圧がかかったときに、穴を閉じるような弁を設けると、より安定して試験を行うことができる。
【００４１】
（第４の実施例）
図１６は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図である。発射筒１６０１の内部の気体導入管の前で氷をセットする部分に氷固定具１６０４を設け、その他の構成は、第２の実施例と同様の構成とした。この場合にも、本発明の効果を得ることができ、さらに氷が発射筒内部の気体導入管の前に確実にセットでき、横向きにしても発射筒から出てくることがない。
【００４２】
なお、氷固定具は、図１７のように、例えばピンのような形状で、電磁石や、圧力空気により発射と同時に引っ込んで発射をスムーズにするような機構を設けてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、氷球に直接圧力をかけることができる構造であるので、規定どおりの速度に氷球を一定に発射することができ、試験の能率が上がり、時間的にも、サンプル数においても、無駄がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘイルインパクト試験装置を示す図である。
【図２】第１の実施例のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施例の発射筒の断面を示す図である。
【図４】第２の実施例のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図５】第２の実施例の発射筒の断面を示す図である。
【図６】第３の実施例のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図７】第３の実施例の発射筒の断面を示す図である。
【図８】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図９】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図１０】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図１１】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図１２】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図１３】本発明の発射筒の例の断面を示す図である。
【図１４】従来の構成の一例を示す図である。
【図１５】従来の構成における発射筒の例を示す図である。（ａ）断面（ｂ）正面
【図１６】第４の実施例の発射筒の断面を示す図である。
【図１７】第４の実施例の別の発射筒の断面を示す図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１４０１、１５０１、１６０１、１７０１  発射筒
１０２、２０２、４０２、６０２、７０２、１４０２  開閉弁
１０３、２０３、３０２、４０３、５０２、６０３、７０２、８０２、９０２、１００２、１１０２、１２０２、１３０２、１６０２、１７０２  気体導入管
１０４、２０４、４０４、６０４、１４０４  圧力調整弁
１０５、４０５、６０５、１４０５  気体貯蔵槽
１０６、２０６、４０６、６０６  発射支持装置
１０７、４０７、６０７、１４０７  速度計測装置
２０７  開閉弁用スイッチ
３０３  ジョイント部材
３０４、５０３、１２０３、１５０３、１６０３、１７０３  氷球
４０９、６０８、１４０９  試験サンプル支持装置
４０８、６０９、１４０８  試験サンプル
４１０  仰角調整機構
５０４、１６０６  導入口
４１１、５０５、１６０７  導入口蓋
５０６、１６０８  蓋ガイド
７０３  排水用穴
７０４  弁
１５０２、１６０４、１７０４  氷固定具
１７０５  氷固定具操作機構
１４０３  圧力メーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005055215.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005055215.tif 000013
【図１１】
2005055215.tif 000014
【図１２】
2005055215.tif 000015
【図１３】
2005055215.tif 000016
【図１４】
2005055215.tif 000017
【図１５】
2005055215.tif 000018
【図１６】
2005055215.tif 000019
【図１７】
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